Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Michael Geist

Bearbeitungszeitraum: 01.08.2020 bis 31.01.2023

Kurzfassung des Vorhabens

Die wesentlichen Aufgabenbereiche der Vermessung bestehen in der Erfassung, Überwachung und Absteckung von Objekten. Die Erfassung und Auswertung von schiffbaulichen Strukturen war Thema vieler Forschungsvorhaben; der Bereich der Absteckung ist weitestgehend unbeachtet geblieben. In Folge dessen, kommt bei der Digitalisierung von Schiffsstrukturen moderne Messtechnik zum Einsatz und die Auswertung erfolgt auf Basis von 3D-Konstruktionsdaten. Ein durchgängiger digitaler Datenfluss ist umgesetzt. Bei Absteckungsaufgaben werden einfache Messmittel (Messband, Rotationlaser, Linienlaser) verwendet. Die Datengrundlage bilden 2D-Zeichnungen, die aus 3D-Datensätzen generiert werden. Absteckungsaufgaben sind aufgrund des derzeitigen Standards, zeitaufwendig, stark manuell geprägt und fehleranfällig. Daraus ergibt sich ein großes Verbesserungspotential und ist von großem Interesse für Werften und KMU‘s.
Eine Automatisierung der Arbeitsschritte im fortgeschrittenen Fertigungsprozess ist nicht ohne weiteres möglich. Durch unterstützender Technologien kann die Qualität und die Effizienz der manuellen Tätigkeiten verbessert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, soll ein mobiles Projektionssystem durch Zusatzsensorik (z.B. Laserscanner, Kamera) und Software zu einem Multisensorsystem erweitert werden. Damit ist in Zukunft eine effizientere und objektivere Umsetzung der manuell geprägten Aufgaben in der Endmontage/Blockbau möglich. Darüber hinaus wird der Informationsfluss zwischen dem Werker und der Konstruktion/Arbeitsvorbereitung verbessert und ein digitaler Datenfluss implementiert. Folgende Anwendungsfelder ergeben sich für ein mobiles Projektionssystem: Positionieren, Qualitätskontrolle, Dokumentation und Informationsbereitstellung.

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Dr. Oliver Klapp

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, Dr.-Ing. Nikolai Glück

Bearbeitungszeitraum: 01.02.2018 bis 31.10.2020

Kurzfassung des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Qualifizierung von Inspektionsverfahren und -intervallen für die wiederkehrende zerstörungsfreie Prüfung von geklebten Verbindungen im Schiffbau, um so die Sicherheit der Verbindungen zu garantieren und damit den Einsatz der Klebtechnik zu ermöglichen. Dazu sind die Schiffbau-spezifischen Fehlertypen in strukturellen und hochelastischen Klebverbindungen zu identifizieren und deren Einfluss auf die Restlebensdauer zu ermitteln. Nachfolgend müssen Verfahren identifiziert, erprobt und ggf. adaptiert werden mit denen die zerstörungsfreie Ermittlung aller relevanten Eigenschaften der Klebungen nach der Fertigung und während der Schiffsbetriebsphase möglich ist. Abschließend sind Inspektionsroutinen und -intervalle in einem Regelwerkentwurf festzuschreiben. Der wissenschaftliche Lösungsweg sieht eine enge Zusammenarbeit mit dem PA, bestehend aus Werften, Geräteherstellern, Dienstleistern und einer regelsetzenden Klassifikationsgesellschaft, vor. Nach der Analyse der relevanten Fehlertypen, sind sowohl theoretische Untersuchungen als auch experimentelle Arbeiten im Labormaßstab geplant. Die Arbeiten zu den hochelastischen Klebstoffen erfolgen bei der Forschungsstelle 1 (IFAM), die zu den strukturellen Klebstoffen bei der FST 2 (IGP). In der letzten Projektphase werden alle Entwicklungen unter realen Umgebungsbedingungen an schiffbaulichen Strukturen erprobt. Im Ergebnis liegen neue Erkenntnisse zum Einfluss von Fehlern auf das Tragverhalten von schiffbaulichen Klebverbindungen sowie geeignete Inspektionsverfahren zu deren Überwachung vor. Für eine effiziente Umsetzbarkeit der Ergebnisse wird ein Merkblatt erstellt, das nach Projektende zu einer Richtlinie des DNV GL werden soll. Dadurch profitieren von den gemeinsamen Forschungsaktivitäten insbesondere die kmU, bei denen 2013 ca. 75% der 68.000 im Schiffbau Beschäftigten arbeiteten.

Der Ansatz ermöglicht Fügeprozesse ohne Schädigung der Substrate und so eine optimierte Materialausnutzung bei vergleichbaren oder auch erhöhten Lebensdauern. Ohne diese Grundlagenarbeit bleiben derartige Ansätze wenigen großen Unternehmen mit entsprechenden F&E-Ressourcen vorbehalten, für KMU ist dieser Aufwand nicht leistbar.

FSM-Bericht 2/2021

Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Konstruktion und Festigkeit von Schiffen
Prof. DSc. (Tech.) Sören Ehlers

Center of Maritime Technologies e.V.
Dr.-Ing. Frank Roland, Dr. Lars Molter

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2016 bis 30.09.2019

CMT-Bericht 41/2020

Fraunhofer Einrichtung für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Rostock
Prof. Dr.-Ing. Wilko Flügge, M.Sc. Anne Fischer, Dipl.-Wirt. Ing. Jan Sender

Technische Universität Hamburg, Institut für Produktionsmanagement und -technik (IPMT)
Prof. Dr.-Ing. habil. Hermann Lödding, Dr.-Ing. Axel Friedewald, M.Sc. Nikolaj Meluzov, M.Sc. Jan Robert Rost

Das IGF-Vorhaben 19181 BG des Center of Maritime Technologies e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org

Zusammenfassung

Um eine höhere Produktivität in der Ausrüstungsmontage zu erreichen, wurden im Forschungsvorhaben SUPER Werkzeuge für ein Augmented-Reality-System (AR-System) entwickelt, welche die Informationsflüsse zwischen den direkten (Werker auf dem Shopfloor) und indirekten Bereichen (Qualitätsmanagement, Fertigungsplanung) deutlich verbessern. Der Einsatz des AR-System wurde im Bereich der späten Ausrüstungsmontage und bei Innenausbauarbeiten erfolgreich getestet.

Der Lösungsweg wurde dafür in vier Arbeitspakete aufgeteilt. Zunächst wurden Informationsflüsse zwischen den direkten und indirekten Bereichen aufgenommen und für eine anschauliche Darstellung strukturiert und graphisch aufbereitet. Die damit erlangte Transparenz über die einzelnen Informationstätigkeiten erlaubte eine gezielte Ableitung von Verbesserungspotenzialen für die Auswahl von AR-Systemen und den Einsatz in der Baustellenfertigung.

Aufbauend auf den Ergebnissen aus den vorhergehenden Untersuchungen wurden im Arbeitspaket 2 zunächst Methoden für das Tracking großer Umgebungen ausgearbeitet. Bestehende Strategien und der Einsatz stationärer Marker, können aufgrund der komplexen Verbausituation auf dem Schiff nur bedingt eingesetzt werden. Um den Anforderungen gerecht zu werden, wurden Prinzipien eines modularen Trackingbaukastens entwickelt. Für die Erfassung des Bauzustandes sowie die Rückmeldung der Daten an die indirekten Bereiche wurden unterschiedliche Technologien untersucht und für den Einsatz auf der Werft geprüft.

Im Rahmen des Arbeitspaketes 3 fanden die zuvor ausgewählten Technologien und Methoden in einem unter Realbedingungen einsetzbaren Demonstrator Anwendung. Die entwickelte anwendergerechte Benutzeroberfläche stellt die Schnittstelle zwischen dem Anwender und dem AR-System her und ermöglicht die Auswahl von Arbeitspaketen für die Montageaufgaben. Um den Anforderungen der Unikatmontage und der sich nachträglich häufig ändernden Verbausituation gerecht zu werden, wurden Funktionen für die Konfiguration von Arbeitspaketen durch den Werker berücksichtigt. Für die digitale Rückmeldung des Bauzustandes und -fortschritts wurden die notwendigen Algorithmen zur Datenaufbereitung und -verarbeitung entwickelt und implementiert. Bei der Umsetzung der Lösung wurde der Fokus explizit auf die Einsetzbarkeit der Technologien bei Unterauftragnehmern der Werft gelegt, die in vielen Fällen kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) sind.

Die zuvor entwickelten Demonstratoren wurden in Arbeitspaket 4 zunächst unter Laborbedingungen auf die Bereitstellung der erforderlichen Funktionalitäten geprüft, bevor diese auf der Werft unter realen Bedingungen bewertet wurden. Die Auswertung der Laborergebnisse zeigt, dass die Zeiten für das Suchen nach relevanten Informationen wie z. B. ein fehlendes Maß durch den Einsatz eines AR-System reduziert werden. Die Einblendung der virtuellen Objekte in die reale Umgebung verschafft den Werkern einen besseren Überblick über die Verbausituation. Relevante Zusatzinformationen können über das AR-System direkt bereitgestellt werden. Die Rückmeldung von Informationen aus dem Schiff kann ebenfalls über das mobile Endgerät erfolgen. Die Erfassung des Bauzustandes konnte in unterschiedlichen technologischen Ausbaustufen realisiert und auf der Werft getestet werden. Die Ergebnisse wurden in einer mehrtätigen Evaluation auf der Werft durch werfteigene Mitarbeiter und Mitarbeiter eines externen Unterauftragnehmers bestätigt.